3D 打印技术在住院医师规范化培训经皮肾镜取石术临床教学中的应用效果

严奉奇 焦 勇 崔 栋 何大立 万晓琼 张 波

空军军医大学第二附属医院泌尿外科，陕西西安 710038

住院医师规范化培训是提高一线医疗质量、培养优秀医师的重要途径，其中泌尿外科是培训的重要科室之一[1]。经皮肾镜取石术（percutaneous nephrolithotomy，PCNL）是当前治疗复杂性肾和上段输尿管结石的关键技术，也是泌尿外科医师必须掌握的技能之一[2-3]。但PCNL 具有实践性强、操作风险高、操作难度大、学习曲线陡等特点，使其成了当前泌尿外科临床教学的难点与重点[4]。随着住院医师规范化培训的进一步落实，急需寻找一种有效的教学方式来改善当前PCNL 临床教学的困境。3D 打印技术可将复杂肾脏解剖结构可视化、精准化、个体化的以3D 立体形象展示于医师，利于年轻医师学习并理解肾脏解剖结构和手术规划方法等[5-6]。将其用于PCNL 的临床教学可能有助于改变当前PCNL 临床教学面临的困境，本研究拟探讨3D 打印技术在PCNL 临床教学中的效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2019 年10 月至2021 年10 月在空军军医大学第二附属医院（以下简称“我院”）泌尿外科参加规范化培训的住院医师纳入研究。其中男45 名，女15 名；年龄22～26 岁；均为全日制临床医学五年制本科毕业并正在参加规范化培训的住院医师，既往均无PCNL经验。按照随机数字表法将其分为观察组和对照组，其中观察组男23 名，女7 名；平均年龄（23.97±1.00）岁。对照组男22 名，女8 名；平均年龄（23.90±1.21）岁。两组性别、年龄比较，差异无统计学意义（P ＞0.05），具有可比性。

1.2 教学方法

对照组采用传统病例教学法，观察组采用3D 打印技术结合传统病例教学法。传统病例教学法：结合患者资料、解剖图谱、手术视频等，利用PPT 讲解经皮肾碎石、取石术相关知识点，主要包括经皮肾碎石、取石术的原理、适应证、禁忌证、术前准备、术后注意事项、术后常见并发症处理，以及手术器械的组成及组装、手术流程、穿刺路径的选择与设计、手术视频等。3D 打印技术是利用计算机3D 重建软件mimics 处理患者CT 等影像学数据，通过我院3D 打印平台，将肾和结石按1∶1 比例制备肾脏的实体三维模型，并将其运用于传统教学过程中，通过3D 打印模型还原教学患者的肾脏局部结构、模仿患者结石伤情并模拟穿刺过程。3D 教学模型可清晰看到肾结石的形态、大小、位置及其与周围肾集合系统等解剖结构的关系。见图1。

图1 3D 打印个性化肾结石模型和穿刺模拟

1.3 观察指标与评价标准

观察指标包括理论考核成绩、技能考核成绩、教学满意度3 个部分，其中理论考核成绩主要包括PCNL的手术适应证与禁忌证、术前准备、术后病情观察、术后一般情况处理、常见并发症处理。技能考核成绩主要包括经皮肾镜手术器械的组成与组装、穿刺流程熟悉度、特定患者穿刺位点的选择、进针方向与进针深度、特定患者模具上穿刺成功的针数及耗时。教学满意度采用马斯特里赫特临床教学问卷[7]进行测评，对教学的理解性、接受性、参与度、趣味性和技能提升5 个维度的满意情况进行打分，单项目满分为20 分，得分越高代表满意度越高。

1.4 统计学方法

采用SPSS 16.0 对所得数据进行统计学分析，计量资料采用均数±标准差（）表示，比较采用t 检验；计数资料采用例数表示，比较采用χ2检验。以P ＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组入科及出科时理论考核成绩比较

两组入科及出科时理论考核成绩比较，差异无统计学意义（P ＞0.05）。两组出科时理论考核成绩高于入科时，差异有统计学意义（P ＜0.05）。见表1。

表1 两组入科及出科理论考核成绩比较（分，）

表1 两组入科及出科理论考核成绩比较（分，）

2.2 两组入科及出科时PCNL 技能考核成绩比较

入科时，两组PCNL 技能考核成绩比较，差异无统计学意义（P ＞0.05）。出科时，两组PCNL 技能考核成绩均高于入科时，且观察组高于对照组，差异有统计学意义（P ＜0.05）。见表2。

表2 两组入科及出科时PCNL 技能考核成绩比较（分，）

表2 两组入科及出科时PCNL 技能考核成绩比较（分，）

注 PCNL：经皮肾镜取石术

2.3 两组教学满意情况比较

满意情况评价问卷发放60 份，回收60 份，有效回收率为100%。观察组理解性、接受性、参与度、趣味性、技能提升评分均高于对照组，差异有统计学意义（P ＜0.05）。见表3。

表3 两组教学满意情况比较（分，）

表3 两组教学满意情况比较（分，）

3 讨论

PCNL 主要包括经皮肾穿刺和碎石、取石两个过程，其中经皮肾穿刺是PCNL 的关键步骤[8]。良好的穿刺不但可以减少穿刺带来的创伤，而且可以极大地降低术后结石残留率和术后并发症发生率[9]。经皮肾穿刺通道的建立需结合患者和结石的特征，选择不同的穿刺点、目的肾盏、进针方向和穿刺深度[10]，这要求医师对肾集合系统、血管和结石的局部立体解剖有充分的了解。传统的教学方式主要采取解剖绘图结合CT等影像学资料进行教学，对于年轻医师来说，在2D 层面将复杂的肾集合系统、血管和结石等的位置由2D 转换为3D 结构无疑是困难的[11]。同时，解剖绘图的教学无法实现特定病例的个体化解剖结构展示，导致年轻医师对于经皮肾穿刺知识掌握难度增加[12]。另外，传统的被动教学模式的教学方式单一，严重影响年轻医师学习的主动性和实践性，这进一步延长了年轻医师对经皮肾穿刺的学习曲线。

近年来随着3D 打印技术的不断发展，其在医疗领域内获得了越来越广泛的应用[13]。本课题组长期从事3D 打印技术在泌尿外科精准化治疗临床应用的研究。近年来，本课题组在世界上首次利用3D 打印技术构建了血管外支架，实现了针对肾静脉受压综合征患者的个体化治疗[14-16]。近年来本课题组又相继设计了3D 打印肾肿瘤拓片定位技术用于内生性肾肿瘤的切除、3D 打印“冷夹克”用于腹腔镜下自体肾移植、3D 打印肾结石模型用于复杂性肾结石治疗等，进一步拓展了3D 打印技术在泌尿外科精准化治疗的应用[17-18]。随着3D 打印技术在医疗领域的广泛运用，越来越多的研究发现，将3D 打印技术运用于临床的教学活动中具有很大的潜力[19-20]。程谷等[21]发现，将3D 打印技术引入埋伏牙拔除术临床教学可以有效提高实习医师的临床动手能力。韩冠生等[22]将3D 打印技术运用于膝关节镜临床教学，显著提高了教学氛围和效果。同样，在神经外科、眼科、耳鼻喉科、超声科、血管外科等科室都有将3D 打印技术运用于临床教学的尝试[23-26]。本课题组利用自身3D 打印平台，考虑到当前PCNL 临床教学的困境，提出将3D 打印技术运用于PCNL 的临床教学中。

本研究将3D 打印技术运用于PCNL 的临床教学中，结果显示，培训后两组虽然在理论考核成绩方面没有差异，但是在技能考核方面观察组的得分高于对照组，提示将3D 打印技术运用于PCNL 的临床教学能有效提高住院医师实践能力。传统的教学模式仅仅通过临床知识的讲解、影像学资料和解剖图谱的辅助，住院医师对于肾脏集合系统、血管与结石之间的解剖关系缺乏直观的认识。3D 打印技术的运用，可以将特定病例的肾脏结构及结石的位置真实地展现在住院医师面前，住院医师可以清晰地辨认结石与肾盂、肾盏及血管之间的3D 关系，使医师能对肾脏的解剖结构有一个更加直观深刻的认识。另一方面，教师也可以结合3D 打印模型演示经皮肾穿刺的过程，并结合3D打印模型向住院医师直观的讲解不同部位、不同形状结石经皮肾穿刺位点选择的原则、进针角度的调整、合适肾盏的选择等问题。住院医师也可以利用3D 打印模型模拟穿刺进针、设计最佳穿刺通道、选择最适的目标肾盏，在进一步加深住院医师对穿刺流程的熟悉度的同时提升教学的趣味性、理解性和参与度。在本研究中，通过对医师教学满意度的调查问卷结果也印证了结合3D 打印技术的教学方式在住院医师教学满意度的理解性、接受性、参与度、趣味性和技能提升5 个维度上也都也得到了提升。

综上所述，在PCNL 的临床教学中融入3D 打印技术可提高教学满意度的同时，也提高了初学者的操作技能。但本研究的样本量有限，研究时间间隔较短，具有一定的局限性，3D 打印是否会影响学生对于PCNL 远期的理论知识掌握还有待进一步的研究。